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Cegolon, Luca (2013) Retrovirus endogeni umani, vaccinazione per la febbre gialla e rischio di cancro. [Tesi di dottorato]

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Documento PDF (PhD Thesis)
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Abstract (inglese)

Introduction

Previous studies have shown that vaccination with BCG and/or smallpox and/or certain serious infections reduced the risk of melanoma. A search in a "genome database" revealed that all these infectious agents express epitopes with homology in the amino acid sequence with a peptide (named HERV-K-MEL), encoded by the human endogenous retrovirus K (HERV-K) and frequently expressed in melanoma. It was suggested that these homologues epitopes are able to generate a population of CD8+ T cells that stimulate a cross-reactive immune surveillance for melanoma and possibly some other types of cancer.
The yellow fever vaccine (YFV) also expresses an epitope with an amino acid sequence closely homologous to HERV-K-MEL. Therefore an epidemiological study was previously conducted to determine if this vaccine confers protection against melanoma. In a cohort of 28,306 vaccinated a reduced risk of melanoma was observed if YFV was administered at an early stage, preceding the clinical presentation of melanoma by 10 years or more.
HERV-K-MEL is a splicing variant of the envelope protein (HERV-K-Env). This protein and the splice variants can act as tumor-associated antigens. Immuno- histochemical methods have shown that the HERV-K Env proteins are expressed in human breast carcinomas. In these patients it was also demonstrated the presence of cellular (cytotoxic T lymphocyte, CTL activity with specific anti- HERV-K) and humoral (IgG anti-HERV-K) immune responses.
Finally, it was recently demonstrated that a monoclonal antibody against HERV- K-Env inhibited the growth of breast cancer cells in vitro, and reduced the tumor mass in mice treated with xenografts of human breast cancer, as compared to controls.
In view of the above, the present study aims to find out whether YFV reduced the likelihood of developing breast cancer and melanoma, and to verify the temporal pattern after vaccination with YFV 17D.

Methods

The study was conducted in the Veneto region (Northeastern Italy), where most of the region is covered by the Veneto Cancer Registry (VTR).
The Ethics Committee of the University of Padua and the Italian National Authority for the Protection of Sensitive Data authorized the study.
Under Italian law, YFV can be given only in authorized healthcare services and the personal data of vaccinated subjects must be recorded. All these services have agreed to cooperate. Migrants, minors, residents of Local Health Units (ASL) not covered by VTR and subjects vaccinated post cancer diagnosis were ruled out.
A record linkage between the vaccinees cohort and the VTR was carried out. Only the first tumor was considered in the statistical analysis, and further tumors occurring later were excluded. The mass of person-years was calculated by taking data entry as the date of vaccination (if after the coverage VTR) or the date of the start of VTR coverage (if subsequent to the date of vaccination). The end of follow up was set at 31 December 2005 (31 December 1999 for ASL 16 of Padua), or the date of cancer incidence, death or loss to follow-up, whichever was the first event.
The analysis was performed by Poisson regression. Using as comparison group the lowest category the ratio of incidence rates (IRR) and 95% confidence interval (CI) for the following covariates was estimated: calendar period (1987- 1991, 1992-1996, 1997-2001, 2002-2005), age (classes: 18-29, 30-59, 60 + years), and time elapsed since vaccination (TSV) in order to assess the time-effect relationship between cancer and YFV (classes : 0-1.9, 2-3.9, 4-5.9, 6-7.9, 8-9.9, 10-14.9, 15-plus years of TSV).
To distinguish the effect of the gene on the relationship between HERV-K, YFV and the risk of cancer, a case-control study was also performed, comparing separately cases of breast cancer and melanoma (mostly expressing HERV-K) with a control group consisting of patients diagnosed with all other tumors (mostly not expressing HERV-K). The odds ratio (OR) for breast cancer (or for melanoma, separately) and the 95% confidence interval (CI) were estimated by logistic regression analysis, where the dependent variable was 1 for cases and 0 for controls, and the independent variables were sex, age (classes: 18-29, 30-59, 60 + years), and TSV (classes: 0-1.9, 2-3.9, 4-5.9; 6-7.9, 8-9.9, 10-14.9, 15 + years after vaccination).

Results

The risk of breast cancer expressed as IRR per classes of TSV was reduced within the first 10 years after vaccination, reaching a minimum value of 0.64 in the class 4-5.9 years of TSV, for then gradually increasing to reach the unity in the class of 8-9.9 years of TSV. In the classes 10-14.9 and 15+ years of TSV the IRR was still close to 1.00. No IRR reached statistical significance.
In the case-control study the breast cancer risk was reduced in the classes 2-3.9 (OR = 0:33, p = 0.004) and 4-5.9 years (OR = 0:33, p = 0.004) of TSV, and then increased to reach a maximum value of 0.54 at 8-10 years after the vaccination. In the classes 10-14.9 and 15 or more years of TSV the OR was always less than 1.00. Concerning breast cancer, the OR values were systematically lower than the values of IRR in each class of TSV.
The IRR for melanoma risk reached the minimum value in the class 15 or more years since the vaccination (IRR = 0:50, p = 0.407). In the case-control study the ORs for melanoma reached the lowest value in the class 15 and more years after vaccination (OR = 0:30, p = 0.137). Even for melanoma the values of OR were systematically lower than the values of IRR in each class of TSV.

Comment of data

Consistently with the findings of previous studies on the relationship between other types of vaccination and risk of melanoma, we expected a similar pattern of protection for both tumors, i.e., a reduction in cancer risk 10 years after vaccination. It is indeed biologically plausible that the protective effect should be noticeable only when YFV is administered at an early stage of carcinogenesis, preceding the clinical presentation of cancer by many years. Breast cancer risk both in the case-control study and the cohort study showed instead a "U" trend for the risk of cancer, with maximum protection at 2-6 years of TSV (as for most, if not all, vaccines). The results of the case-control study instead confirmed that YFV conferred a degree of protection against melanoma if the vaccine was administered at least 10 years before the malignant transformation.
For both melanoma and breast cancer the case-control study expressed the protective effect induced by YFV in a more pronounced fashion than the cohort study. Therefore, the ORs were systematically lower than the IRRs. This fact confirmed that the protective effect of YFV may be due to the immune response induced by YFV cross-reacting with the HERV-K protein. Assuming an immune effect, there could be two coexisting responses (humoral and cellular) cross- reacting against HERV-K and YFV antigens. A humoral immune mechanism (IgG anti-HERV-K) seems to be involved in the protection against breast cancer because the response is relatively rapid and tends to wane in the long run. Regarding melanoma, in which protection is observed 10 or more years after the vaccination, the response is more likely to be cellular (CTL specific activity with anti-HERV-K).
The only statistically significant risk estimates were the ORs. Therefore, the results of this study should be interpreted with caution since they derive from the analysis of a case-control study: i.e. they can be rather used to explain the mechanism of protection from cancer rather than its degree in the general population.
It seems appropriate to confirm these results and conduct new studies in other cohorts with possibly longer TSV. It also seems appropriate to eliminate or at least mitigate the effect of potential confounding factors such as other vaccinations (BCG, smallpox and other vaccines recommended for tropical travels) and especially the socio-economic level, which is a recognized risk factor for various cancers including melanoma and breast cancer.
If the negative association between YFV and tumors expressing HERV-K-MEL was confirmed, new strategies for cancer prevention could be opened. Although monoclonal antibodies against HERV-K Env have recently shown interesting perspectives in the therapy of breast cancer, tumor immuno-therapy is still considered more complicated and less advantageous than immuno-prevention.

Abstract (italiano)

Introduzione.

Precedenti studi hanno dimostrato che la vaccinazione con BCG e/o vaccino antivaiolo e/o alcune infezioni gravi riducevano il rischio di melanoma. Una ricerca in un “genome database” ha rivelato che tutti questi agenti infettivi esprimono epitopi con omologia di sequenza amminoacidica con un peptide (denominato HERV-K-MEL), codificato da retrovirus endogeni umani della serie K (HERV-K) e frequentemente espresso nel melanoma. È stato ipotizzato che questi epitopi omologhi siano in grado di generare una popolazione di linfociti T CD8 + cross-reattivi che stimolano una sorveglianza immunitaria verso il melanoma e possibilmente altri tipi di cancro.
Anche il vaccino contro la febbre gialla (YFV) esprime un epitopo con una sequenza aminoacidica strettamente omologa all’antigene HERV-K-MEL. Pertanto è stato condotto uno studio epidemiologico per determinare se questo vaccino conferiva una protezione contro il melanoma. In un precedente studio su una coorte di 28.306 vaccinati è stata evidenziata una riduzione del rischio di melanoma se YFV era somministrato in una fase precoce della cancerogenesi, che precedeva la presentazione clinica del melanoma di 10 anni o più.
HERV-K-MEL è una variante di splicing della proteina dell'involucro (HERV-K- Env). Questa proteina e le varianti di splicing possono agire come antigeni associati al tumore. Metodi immuno-istochimici hanno dimostrato che le proteine HERV-K Env sono espresse in carcinomi mammari umani. In queste pazienti è
stata anche dimostrata la presenza di risposte immunitarie cellulari (cytotoxic T lymphocyte, CTL, con attività specifica anti-HERV-K) e umorali (IgG anti-HERV-K).
Infine, è stato recentemente dimostrato che un anticorpo monoclonale contro HERV-K-Env inibiva la crescita delle cellule del cancro della mammella in vitro, e, nei topi con xenotrapianto di tumore mammario umano, riduceva la massa tumorale in quelli trattati rispetto ai topi di controllo.
In considerazione di quanto sopra, il presente studio si propone di indagare se YFV riduce la probabilità di sviluppare il cancro al seno e melanoma, e di verificare l'andamento temporale dell’associazione dopo vaccinazione con YFV 17D.

Metodi.

Lo studio è stato condotto in Veneto, regione del Nord-Est Italia, dove gran parte della regione è coperta dal Registro Tumori del Veneto (VTR).
Il Comitato Etico dell'Università degli Studi di Padova e l'Autorità Nazionale Italiana per la Protezione dei Dati Sensibili hanno autorizzato lo studio.
Secondo la legge italiana, YFV può essere somministrato solo nei servizi sanitari autorizzati e i dati personali dei soggetti vaccinati devono essere registrati. Tutti questi servizi hanno accettato di collaborare. Sono stati esclusi dalla coorte i migranti, i minori di 18 anni, i residenti in Aziende Sanitarie Locali (ASL) non coperte da VTR, e i soggetti vaccinati dopo la data di diagnosi di cancro.
Il follow-up della coorte è stato condotto mediante record-linkage con i dati del VTR. Nell'analisi statistica è stato considerato solo il primo tumore, escludendo altri tumori verificatisi in seguito. La massa di persone-anni è stata calcolata prendendo come data entry la data di vaccinazione (se successiva alla copertura VTR) o la data di avvio della copertura VTR (se successiva alla data della vaccinazione). La data di uscita del follow up è il 31 dicembre 2005 (31 dicembre 1999 per l’ ASL 16 di Padova), oppure la data di incidenza del cancro, morte o perdita al follow-up, a seconda di quale fosse stato il primo evento.
L'analisi è stata eseguita mediante la regressione di Poisson. Usando come gruppo di confronto la categoria più bassa è stato stimato il rapporto dei tassi di incidenza (IRR) e l’intervallo di confidenza al 95% (IC) per le seguenti covariate: periodo di calendario (1987-1991, 1992-1996, 1997-2001, 2002-2005), età (classi: 18-29, 30-59, 60 e più anni), e tempo trascorso dalla vaccinazione (TSV) al fine di valutare la relazione tempo-effetto tra YFV e cancro (classi: 0-1.9; 2-3.9; 4-5.9; 6-7.9; 8-9.9; 10-14.9; 15 e più anni di TSV).
Per distinguere l'effetto del gene HERV-K sulla relazione tra YFV e il rischio di cancro è stato anche eseguito uno studio caso-controllo, contrastando i casi di cancro al seno e, separatamente, i casi di melanoma (che per lo più esprimono HERV-K) con un gruppo di controllo composto da pazienti affetti da tutti gli altri tumori (che per lo più non esprimono HERV-K). L'Odds Ratio (OR) per il tumore al seno (o per il melanoma, separatamente) e l’intervallo di confidenza al 95% (IC) sono stati stimati con l’analisi della regressione logistica, in cui la variabile dipendente era 1 per i casi e 0 per i controlli, e le variabili indipendenti erano sesso, età (classi: 18-29, 30-59, 60 + anni), e TSV (classi: 0-1.9; 2-3.9; 4-5.9; 6- 7.9; 8-9.9; 10-14.9; 15+ anni dalla vaccinazione).

Risultati.

Il rischio di cancro mammario espresso come IRR nelle classi di TSV si riduceva entro i primi 10 anni dalla vaccinazione, raggiungendo un valore minimo di 0.64 nella classe 4-5.9 anni di TSV, e quindi gradualmente aumentava sino a raggiungere l’unità nella classe 8-9.9 anni di TSV. Nelle classi 10-14.9 e 15 e più anni di TSV l’IRR oscillava restando vicino a 1.00. Nessun IRR raggiungeva la significatività statistica.
Allo studio caso-controllo il rischio di cancro mammario si riduceva nelle classi TSV di 2-3.9 (OR=0.33; p=0.004) e 4-5.9 anni (OR=0.33; p=0.004), quindi aumentava sino a raggiungere un valore massimo di 0.54 dopo 8-10 anni dalla vaccinazione. Nelle classi 10-14.9 e 15 e più anni di TSV, l’OR era sempre inferiore a 1.00. Per quanto riguarda il tumore della mammella, i valori di OR erano sistematicamente più bassi dei valori di IRR in ogni classe di TSV.
L’ IRR per il rischio di melanoma raggiungeva il valore minimo nella classe 15 e più anni dalla vaccinazione (IRR=0.50; p=0.407). Allo studio caso controllo gli OR per melanoma raggiungevano il valore più basso nella classe 15 e più anni dalla vaccinazione (OR=0.30; p=0.137). Anche per il melanoma i valori di OR erano più bassi dei valori di IRR in ogni classe di TSV.

Commento dei dati.

Coerentemente con le conclusioni di precedenti valutazioni sulla relazione tra altri tipi di vaccinazione e rischio di melanoma, ci si aspettava un modello di protezione simile per entrambi i tumori, cioè una riduzione del rischio 10 anni dopo la vaccinazione. È infatti biologicamente plausibile che l'effetto protettivo debba essere evidente solo quando YFV è somministrato in una fase precoce della carcinogenesi che precede di molti anni la presentazione clinica del tumore. Invece, per il tumore mammario sia lo studio caso-controllo e sia lo studio coorte hanno evidenziato un andamento a “U” del rischio di cancro, con protezione massima a 2-6 anni di TSV (come per la maggior parte, se non tutti, i vaccini). Invece, i risultati dello studio caso-controllo hanno confermato che YFV conferiva un certo grado di protezione verso il melanoma se il vaccino veniva somministrato almeno 10 anni prima della trasformazione maligna.
Sia per il melanoma sia per il tumore mammario, lo studio caso-controllo esprimeva l’effetto protettivo indotto da YFV in maniera più accentuata che lo studio coorte. Pertanto gli OR erano sistematicamente inferiori agli IRR. Questo fatto confermava che l’effetto protettivo di YFV può essere dovuto alla risposta immunitaria indotta da YFV che cross-reagisce con la proteina HERV-K. Se la protezione è un effetto immunitario, ci potrebbero essere due risposte (una risposta umorale ed una risposta cellulare) coesistenti che cross-reagiscono contro gli antigeni HERV-K e YFV. Un meccanismo immunitario umorale (IgG anti- HERV-K) sembra coinvolto nella protezione contro il cancro mammario poiché la risposta è relativamente rapida e tende ad esaurirsi nel lungo periodo. Invece, per quanto riguarda il melanoma, in cui la protezione si osserva dopo più di 10 anni dalla vaccinazione, è più probabile che la risposta sia di tipo cellulare (CTL con attività specifica anti-HERV-K).
Le stime di rischio statisticamente significative riguardavano solo gli OR. Pertanto i risultati del presente studio vanno interpretati con cautela giacché derivano dall’analisi di uno studio caso-controllo: possono cioè essere utilizzati più che altro per spiegare il meccanismo della protezione dal cancro piuttosto che il grado della stessa nella popolazione generale.
Sembra opportuno confermare questi risultati e replicare lo studio in altre coorti con TSV possibilmente più lunghi. Sembra inoltre opportuno eliminare o almeno attenuare l’effetto di potenziali fattori confondenti come altre vaccinazioni (BCG, vaiolo e altri vaccini raccomandati per viaggi tropicali) e sopratutto il livello socio-economico, che è un fattore rischio riconosciuto per vari tumori fra cui il melanoma e il cancro della mammella.
Se l’associazione negativa tra YFV e tumori esprimenti HERV-K-MEL fosse confermata potrebbero aprirsi nuove possibili strategie per la prevenzione del cancro. Nonostante anti-corpi monoclonali contro antigeni HERV-K Env hanno recentemente dimostrato interessanti prospettive nella terapia del tumore del seno, l’immuno-terapia rimane ancora più complicata e meno vantaggiosa rispetto all’immuno-prevenzione.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Mastrangelo, Giuseppe
Correlatore:Bartolucci, Giovanni Battsita
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 25 > Scuole 25 > TERRITORIO, AMBIENTE, RISORSE E SALUTE > MEDICINA AMBIENTALE, NUTRIZIONE E INQUINAMENTO
Data di deposito della tesi:03 Luglio 2013
Anno di Pubblicazione:01 Luglio 2013
Parole chiave (italiano / inglese):HERV-K, vaccino, febbre gialla, melanoma, cancro della mammella, epidemiologia, immuno-prevenzione, immuno-terapia, studio caso controllo, studio coorte
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 06 - Scienze mediche > MED/42 Igiene generale e applicata
Area 06 - Scienze mediche > MED/44 Medicina del lavoro
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali
Codice ID:6133
Depositato il:28 Mar 2014 09:58
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